RU2020533C1

RU2020533C1 - Regulator

Info

Publication number: RU2020533C1
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Кеворков
Original assignee: Кеворков Юлиан Арменович
Priority date: 1990-04-23
Filing date: 1990-04-23
Publication date: 1994-09-30

Abstract

FIELD: instrumentation engineering. SUBSTANCE: regulator has setter and transducer of controlled parameter, comparator, amplifier, mode switch, second setter, adder and actuating member. EFFECT: higher accuracy. 1 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению, в частности к регуляторам. The invention relates to instrumentation, in particular to regulators.

Известен пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор), не имеющий статической ошибки [1]. Этот регулятор содержит задатчик, элемент сравнения, элемент пропорциональный, элемент интегральный и сумматор, при этом выход задатчика соединен с одним из входов элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом датчика объекта, выход элемента сравнения соединен с входами пропорционального и интегрального элементов, выходы которых подсоединены к входам сумматоре, выход которого соединен с входом исполнительного органа объекта. Использование описанной схемы позволяет формировать на выходе ПИ-регулятора сигнал
X = K_п(Y_з-Y_D)+K_и

(Y_з-Y_D)·dt где K_п, K_и - соответственно коэффициенты передачи пропорционального и интегрального элементов;
Y_з, Y_D - соответственно сигналы на выходе задатчика и датчика.Known proportional-integral controller (PI controller) that does not have a static error [1]. This controller contains a master, a comparison element, a proportional element, an integral element and an adder, while the output of the master is connected to one of the inputs of the comparison element, the second input of which is connected to the output of the object sensor, the output of the comparison element is connected to the inputs of the proportional and integral elements, the outputs of which connected to the inputs of the adder, the output of which is connected to the input of the executive body of the object. Using the described circuit allows you to generate a signal at the output of the PI controller
X = K _p (Y _s -Y _D ) + K _and

(Y _s -Y _D ) · dt where K _p , K _and are the transmission coefficients of the proportional and integral elements, respectively;
Y _s , Y _D - respectively, the signals at the output of the master and the sensor.

Достоинства и недостатки регулятора проявляются при совместном функционировании его со стабилизируемым объектом, то есть при функционировании автоматической системы регулирования (АСР). Advantages and disadvantages of the regulator are manifested during its joint operation with a stabilized object, that is, when the automatic control system (ASR) is functioning.

Основное различие между пропорциональным и ПИ-регулятором определяют по величине ошибки АСР в установившемся режиме (эту ошибку называют статической ошибкой) и по степени устойчивости АСР. The main difference between the proportional and PI controller is determined by the magnitude of the ASR error in the steady state (this error is called a static error) and by the degree of stability of the ASR.

Преимуществом ПИ-регулятора является равенство нулю статической ошибки ε = Y_з-Y_D в установившемся режиме АСР. Недостатками ПИ-регулятора, подключенного к объекту, является уменьшение запаса устойчивости АСР по фазе на 90^о, что уменьшает степень устойчивости не менее чем вдвое, а также необходимость принимать дополнительные меры предосторожности при подключении ПИ-регулятора к объекту.The advantage of the PI controller is that the static error ε = Y _s -Y _D in the steady-state ASR mode is equal to zero. The disadvantages of the PI controller connected to the object is the reduction of the ASR phase margin by 90 ^° , which reduces the degree of stability by at least half, and the need to take additional precautions when connecting the PI controller to the object.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является пропорциональный или П-регулятор [2], содержащий задатчик, элемент сравнения и элемент пропорциональный, причем один вход элемента сравнения соединен с задатчиком, другой вход - с датчиком объекта, выход элемента сравнения соединен с входом пропорционального элемента, а выход элемента пропорционального соединен с входом исполнительного органа на входе объекта. Использование описанной схемы позволяет формировать на выходе П-регулятора сигнал X = K_п (Y_з - Y_D).The closest in technical essence to the proposed device is a proportional or P-controller [2], containing a master, a comparison element and a proportional element, with one input of the comparison element connected to the master, the other input to the sensor of the object, the output of the comparison element connected to the proportional input element, and the output of the proportional element is connected to the input of the executive body at the input of the object. Using the described circuit allows you to generate a signal X = K _p (Y _s - Y _D ) at the output of the P-controller.

Преимуществами П-регулятора является отсутствие интегрального элемента, а вследствие этого большая степень устойчивости и удобство при подключении к объекту и настройке. Недостатком П-регулятора является обязательное наличие (не равенство нулю) статической ошибки в установившемся режиме, то есть ε = Y_з - Y_D ≠0, что снижает точность регулирования.The advantages of the P-controller are the absence of an integral element, and as a result, a large degree of stability and convenience when connecting to the object and setting. The disadvantage of the P-controller is the mandatory presence (non-zero) of a static error in the steady state, that is, ε = Y _s - Y _D ≠ 0, which reduces the accuracy of regulation.

Известно, что значение статической ошибки П-регулятора тем меньше, чем больше коэффициент передачи (усиления) элемента пропорционального, K_п; однако увеличение K_п может привести к неустойчивости АСР и аварии на объекте.It is known that the value of the static error of the P-controller is the smaller, the greater the transmission coefficient (gain) of the proportional element, K _p ; however, an increase in K _p can lead to instability of the ASR and accident at the facility.

Цель изобретения - повышение точности регулирования за счет устранения статической ошибки при сохранении высокой степени устойчивости, присущей П-регулятору. The purpose of the invention is to improve the accuracy of regulation by eliminating static errors while maintaining a high degree of stability inherent in the P-controller.

Цель достигается тем, что в известный П-регулятор, содержащий задатчик, элемент сравнения и пропорциональный элемент, причем один вход элемент сравнения соединен с задатчиком, другой вход - с датчиком объекта, выход элемента сравнения соединен с входом усилителя, а выход усилителя соединен с входом исполнительного органа на входе объекта, дополнительно введены второй задатчик и сумматор, один вход которого соединен с выходом усилителя, а второй вход сумматора - с выходом второго задатчика, выход сумматора является выходом регулятора, подключенного к исполнительному органу на входе объекта. The goal is achieved by the fact that in the known P-controller containing the master, the comparison element and the proportional element, and one input of the comparison element is connected to the master, the other input is to the object sensor, the output of the comparison element is connected to the input of the amplifier, and the output of the amplifier is connected to the input an executive body at the input of the object, an additional second master and an adder are introduced, one input of which is connected to the output of the amplifier, and the second input of the adder is connected to the output of the second master, the output of the adder is the controller output, sub assigned to the executive body at the entrance of the facility.

Благодаря тому, что в известный П-регулятор введены второй задатчик и сумматор, соединенные как указано выше, обеспечивается повышение точности регулирования при сохранении преимуществ, присущих П-регулятору. Due to the fact that a second master and adder connected as described above are introduced into the known P-controller, the accuracy of regulation is improved while maintaining the advantages inherent in the P-controller.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого регулятора, где 1 и 2 - соответственно первый и второй задатчики, 3 - сравнивающий элемент, 4 - усилитель, 5 - сумматор, 6 - исполнительный орган, 7 - объект регулирования, 8 - датчик, 9 - переключатель режимов. При этом один из входов элемента 3 сравнения соединен с выходом датчика 8 стабилизируемого параметра объекта регулирования, второй вход элемента 3 сравнения соединен с выходом первого задатчика 1, выход элемента 3 сравнения соединен с входом усилителя 4, выход которого через переключатель 9 режимов соединен с одним входом сумматора 5, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика 2, выход сумматора 5 соединен с входом исполнительного органа, установленного на входе объекта. The drawing shows a block diagram of the proposed controller, where 1 and 2, respectively, the first and second adjusters, 3 - a comparing element, 4 - amplifier, 5 - adder, 6 - executive body, 7 - regulation object, 8 - sensor, 9 - switch modes. In this case, one of the inputs of the comparison element 3 is connected to the output of the sensor 8 of the stabilized parameter of the control object, the second input of the comparison element 3 is connected to the output of the first setter 1, the output of the comparison element 3 is connected to the input of the amplifier 4, the output of which is connected via one mode switch 9 to one input the adder 5, the second input of which is connected to the output of the second master 2, the output of the adder 5 is connected to the input of the Executive body installed at the input of the object.

Благодаря тому, что в известный П-регулятор введены дополнительно переключатель 9 режимов, второй задатчик 2 и сумматор 5, соединенные как указано выше, на выходе предлагаемого регулятора формируется сигнал X = K_п (Y_з - Y_D) + Z, где Z - сигнал, формируемый вторым задатчиком.Due to the fact that an additional switch 9 modes, a second switch 2 and an adder 5 connected as described above are added to the well-known P-controller, the signal X = K _p (Y _s - Y _D ) + Z is formed at the output of the proposed controller, where Z - signal generated by the second master.

Как известно, регуляторы должны обеспечивать возможность работы АСР или автоматизированного объекта в "ручном" и "автоматическом" состояниях. Опишем работу АСР с предложенным регулятором в этих состояниях. As you know, regulators must provide the ability to work ASR or an automated object in the "manual" and "automatic" states. Let us describe the operation of the ACP with the proposed regulator in these states.

При "ручном" состоянии выход усилителя 4 отключен от входа сумматора 5. Подавая на исполнительный орган 6 сигнал от второго задатчика 2, на выходе датчика 8 наблюдаем соответствующий сигнал. Объект может быть выведен в номинальный равновесный режим работы. In the "manual" state, the output of the amplifier 4 is disconnected from the input of the adder 5. By applying a signal from the second setter 2 to the actuator 6, we observe the corresponding signal at the output of the sensor 8. The object can be brought into the nominal equilibrium mode of operation.

Для того, чтобы перейти к "автоматическому" состоянию АСР, устанавливают вторым задатчиком 2 сигнал Z таким, чтобы сигнал на выходе датчика 8 Y_D был в точности равен заданному значению Y_з, устанавливаемому при помощи первого задатчика 1. При этом очевидно будет Y_з = Y_D и ε = Y_з - Y_D = 0. Подключая выход усилителя 4 к сумматору 5, переключателе 9 режимов переводят тем самым АСР в "автоматическое" состояние. При описанной процедуре включение регулятора будет "безударным", то есть замыкание контура регулирования через объект не вызовет переходных процессов в АСР.In order to switch to the "automatic" state of the ACP, set the second master 2 signal Z so that the signal at the output of the sensor 8 Y _D was exactly equal to the set value Y _s set using the first master 1. In this case, it will obviously be Y _s = Y _D and ε = Y _s - Y _D = 0. By connecting the output of amplifier 4 to the adder 5, the mode switch 9 thereby puts the ACP in an “automatic” state. In the described procedure, the inclusion of the controller will be "shock-free", that is, the closure of the control loop through the object will not cause transients in the ASR.

При действии на объект возмущающих воздействий, приводящих к отклонению сигнала на выходе датчика 8 от заданного значения, установленного на выходе первого задатчика 1, регулятором будет вырабатываться компенсирующее воздействие X_п = K_п (Y_з - Y_D), зависящее как от коэффициента усиления регулятора K_п, так и от разности Y_з - Y_D. По мере действия на объект компенсирующего воздействия значение разности Y_з - Y_D будет уменьшаться до тех пор, пока объект не войдет в новый равновесный режим.When the object is subjected to disturbing influences leading to a deviation of the signal at the output of the sensor 8 from the set value set at the output of the first setter 1, the controller will produce a compensating effect X _p = K _p (Y _s - Y _D ), depending on the gain of the controller K _p and the difference Y _s - Y _D. As the compensating effect acts on the object, the value of the difference Y _s - Y _D will decrease until the object enters a new equilibrium mode.

Если при отклонении режима работы объекта от заданного не провести соответствующую коррекцию сигнала от второго задатчика Z, то в новом установившемся режиме может появиться некоторая статическая ошибка, но она будет значительно меньше, обычно в десять и более раз меньше, чем у обычного П-регулятора. Если эта ошибка будет признана существенной, АСР переводится в состояние "ручной" и производится соответствующая коррекция значения сигнала z, устраняющая статическую ошибку. Такая коррекция может быть проведена и в состоянии "Автоматический", но это требует определенной квалификации оператора. If, when the mode of operation of the object deviates from the predetermined one, the corresponding correction of the signal from the second setpoint Z is not carried out, then in the new steady state some static error may appear, but it will be much smaller, usually ten or more times less than that of a conventional P-controller. If this error is considered significant, the ACP is transferred to the “manual” state and the corresponding correction of the signal value z is made, eliminating the static error. Such correction can also be carried out in the “Automatic” state, but this requires a certain qualification of the operator.

Таким образом благодаря тому, что в известный П-регулятор дополнительно введены второй задатчик и сумматор, соединенные как указано выше, в предлагаемом регуляторе обеспечиваются следующие преимущества: устраняется (или сводится к незначительной) статическая ошибка, что приводит к повышению точности регулирования (при сохранении высокой степени устойчивости, присущей П-регулятору; появляется возможность управлять исполнительный органом не только в "ручном", но и в "автоматическом" состояниях АСР, что позволяет установить нулевую статическую ошибку ε = Y_з - Y_D = 0 для любого режима работы объекта, определенного как основной (номинальный); появляется возможность выбрать значение коэффициента усиления регулятора (пропорционального элемента) из соображений только обеспечения необходимых устойчивости и качества переходных процессов, так как в предлагаемом регуляторе нет необходимости увеличивать значение K_п для того, чтобы уменьшить статическую ошибку регулирования.Thus, due to the fact that a second switch and an adder are connected to the known P-controller, connected as described above, the following advantages are provided in the proposed controller: the static error is eliminated (or reduced to insignificant), which leads to an increase in the control accuracy (while maintaining high the degree of stability inherent in the P-controller; it becomes possible to control the executive body not only in the "manual", but also in the "automatic" states of the ACP, which allows you to set the zero article eskuyu error ε = Y _s - Y _D = 0 for each mode of operation object specified as a primary (nominal), it becomes possible to select the controller gain (proportional element) of reasons only provide the necessary stability and quality of transients, as in the present the controller there is no need to increase the value of K _p in order to reduce the static error of regulation.

Claims

РЕГУЛЯТОР, содержащий первый задатчик и датчик регулируемого параметра, выходы которых соединены с входами элемента сравнения, выход которого соединен с входом усилителя, и исполнительный орган, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулятора, в него введены переключатель режимов, второй задатчик и сумматор, выход которого соединен с входом исполнительного органа, входы - с выходами второго задатчика и переключателя режимов, вход которого соединен с выходом усилителя. A REGULATOR comprising a first setpoint and an adjustable parameter sensor, the outputs of which are connected to the inputs of a comparison element, the output of which is connected to an amplifier input, and an actuator, characterized in that, in order to increase the accuracy of the regulator, a mode switch, a second setpoint and an adder are introduced into it the output of which is connected to the input of the executive body, the inputs are with the outputs of the second master and mode switch, the input of which is connected to the output of the amplifier.